Polímeros Condutores Intrínsecos

EPÍGRAFE “Que os vossos esforços desfiem as impossibilidades, lembrai-vos de que as grandes coisas do homem foram conquistadas do que parecia impossível”. CHARLES CHAPLIN RESUMO A busca por novos materiais que possuam propriedades elétricas, magnéticas e ópticas semelhante aos metais, levou a descoberta dos polímeros condutores intrínsecos na década de 1970. Esses novos materiais poliméricos tornaram-se alvo de pesquisa em todo o mundo. Nesse sentido este trabalho tem como objetivos, apresentar uma revisão bibliográfica sobre os polímeros condutores, suas técnicas de obtenção principais aplicações tecnológicas na sociedade. A partir do levantamento bibliográfico realizado, foi possível entender o processo de síntese e obtenção destes polímeros assim como, os tipos e características dos polímeros condutores mais estudados, destacando a condutividade.

Geral 12 2. Específico 12 3 DESENVOLVIMENTO 13 3. Polímeros Condutores 13 3. Condutividade em polímeros 13 3. Tipos de polímeros condutores 16 3. Células fotovoltaicas 26 5. Músculos artificiais 26 5. Janelas inteligentes 27 6 METODOLOGIA 30 6. Síntese da Polianilina 30 7 RESULTADOS E DISCUSSÃO 31 8 CONSIDERAÇÕES FINAIS 32 REFERÊNCIAS 33 1 INTRODUÇÃO Os polímeros representam uma grande variedade de substâncias de ocorrência natural ou sintética. Eles têm sido utilizados a milênios pela humanidade na forma de madeira, ossos peles, fibras, etc. Falaremos sobre a descoberta, o mecanismo de condutividade, a técnica de síntese e suas principais aplicações, utilizando como base o conteúdo presente nos livros didáticos e também artigos científicos publicados. OBJETIVOS 2. Geral Realizar uma revisão bibliográfica sobre polímeros condutores e suas principais técnicas de obtenção e síntese, assim como as suas aplicações práticas.

Específico • Mostrar as principais técnicas utilizadas na síntese de polímeros condutores; • Mostrar os principais tipos de polímeros condutores mais estudados; • Apontar algumas aplicações práticas que envolve polímeros condutores. DESENVOLVIMENTO 3. Figura 1 - Escala de condutividade de diferentes materiais. Fonte: VETENSKAPSADEMIEN,( 2000) Em analogia ao princípio de Aufbau, para preenchimento dos orbitais atômicos, os elétrons são alocados a partir dos estados de menor energia e o maior nível de energia ocupado pelos elétrons e chamado de nível de energia de Femi (MEDEIROS et al. Em consequência dessa distribuição eletrônica a o surgimento de bandas de energia totalmente vazias ou parcialmente preenchidas. A banda que contém elétrons de valência ou com estados de maior energia é denominada de banda de valência (BV) e onde menor energia constituem a banda de condução (BC) (BLUNDELL, et al.

figura 2). No entanto, a energia que separa uma banda da outra em um material isolante é muito superior ao efeito do aumento da temperatura, de modo que a promoção de elétrons para abanda de condução não é possível (MEDEIROS et al. Tipos de polímeros condutores Existe uma infinidade de polímeros condutores sendo estudado, mas abordaremos sobre os mais pesquisados por apresentarem maior condutividade e facilidade de síntese (figura 3). Figura 4 - Polímeros condutores mais estudados. Fonte: Maia (2000). Poliacetileno O poliacetileno, foi um dos primeiros polímeros condutores sintetizado, devido à sua instabilidade térmica e ambiental, outros polímeros passaram a ser investigados com o objetivo de superar estas limitações. O polipirrol exibe o fenômeno de eletrocromismo, ou seja, apresenta mudança de cor reversível em resposta a aplicação de um potencial elétrico externo.

Este fenômeno pode ser explorado na montagem de janelas eletrocrômicas (região visível) ou displays (COLLINS et al. Politiofeno O politiofeno e seus derivados apresenta boa estabilidade, tanto na sua forma dopada como na sua forma desdopada. Apresenta uma condutividade na ordem na ordem de 102 S. cm-1. Suas aplicações potenciais incluem o uso em baterias recarregáveis, sensores, membranas semipermeáveis, revestimentos anticorrosivos, e dispositivos eletrônicos (THANPITCHA et al. Figura 7 - Representação da polianilina na sua forma condutora. Fonte: Aonomy Speciality Polymers Pvt Ltd. Acesso em 14/10/2018. A PAni possui uma particularidade em relação aos demais polímeros conjugados, que está associada a presença de centros básicos (nitrogênios amina e imina), na sua estrutura conjugada. A PAni, assim como outros polímeros conjugados, possui centros fortemente básicos na sua estrutura e pode ser dopada através do processo redox, ou processo ácido-base (MACHADO, 2008).

A base esmeraldina é protonada com um ácido prótico, suficientemente forte para dar a forma do sal correspondente (sal esmeraldina). Assim, a protonação da base esmeraldina fornece o produto no qual a carga é armazenada em forma de bipólarons (PRON e RANNOU, 2002). A PAni apresenta boas características mecânicas (quadro 2), mas não pode ser obtida facilmente na forma de filmes finos com boas propriedades. Devido a essa característica, seu uso prático é limitado. Neste caso, elétrons são promovidos através desse hiato de emergia e o polímero sofre o processo de fotodopagem, ou dopagem induzida por luz, gerando sólitons positivos e negativos que podem, em seguida, desaparecer rapidamente pela recombinação dos elétrons e dos vazios formados quando cessa a radiação luminosa (MEDEIROS et al.

Se um potencial elétrico for aplicado ao polímero exposto a radiação, novamente os elétrons se separam ocorrendo a fotocondutividade (figura 8). Figura 8 - Fluxograma da síntese da polianilina. Fonte: Autoria Própria (2018). APLICAÇÕES PRÁTICAS 5. Células fotovoltaicas As células fotovoltaicas (figura 10) são dispositivos que gera eletricidade sobre a incidência dos raios solares. Essa consiste em uma fina camada de um semicondutor sob uma base de metal que são cobertos por uma película fina de um metal protegida por uma placa de vidro. O semicondutor comporta-se como uma barreira a passagem de elétrons, quando a célula recebe luz do sol essa supera a energia do gap do semicondutor que faz com que eles ganham energia fluindo para placa metálica.

isso resulta em uma força elemotriz. Essas células têm atraído grande interesse tendo em vista a conversão de energia solar em energia elétrica e seu baixo custo de produção (ZOPPI et al. O polipirrol é um polímero condutor conhecido pelo seu efeito “eletrocrômico” (figura 12) (NASCIMENTO et a. Figura 12 - Esquema técnico do funcionamento de um sistema eletrocrômico Fonte:Lima et al (2018) Os dispositivos eletrocrômicos composta por filmes finos em formato de sanduíche compostos de WO3 e CeO2-TiO2 que mudam sua coloração conforme a aplicação de potencial elétrico nos seus condutores eletrônicos. São formados por cinco filmes finos prensados entre dois substratos de vidro (figura 13) (NASCIMENTO et al. Devido à aplicação de potencial ou corrente elétrica, os dispositivos eletrocrômicos mudam a sua coloração, pois quando estão desativados encontram-se no estado incolor, e quando ativados passam a apresentar determinada coloração.

As colorações obtidas com os vidros eletrocrômicos, quando ativados, são: azul, verde, amarelo, vermelho e cinza. Em seguida colocou-se para secar em um dessecador contendo CaCl2. Monitorou-se a secagem por alguns dias pesando o sólido periodicamente. Após a obtenção de um pó com coloração escura esverdeada foi medido sua condutividade com o multímetro. RESULTADOS E DISCUSSÃO O resultado do experimento realizado na síntese do polímero condutor a partir da anilina, não foi satisfatório, conforme o esperado pelo método adaptado. Isso se deve a anilina apresentar problemas de más condições de uso, afetando diretamente na reação de polimerização, decorrente do processo de síntese. S. l. Oxford University Press New York, 2001. CALDWELL, D. G; TSAGARAKIS, N; MEDRANO-CERDA, G.

et al. Extreme Oxygen Sensitivity of Electronic Properties of Carbon Nanotubes. Science, v. n. p. A. Influência da acidez do meio sobre a síntese e o comportamento redox do polipirrol. Quím. Nova, v. n. n. p. MACHADO, W. S. Caracterização Elétrica de uma Mistura à Base de PANI e Pó de Borracha de Pneu. H. C. “Polianilinas: Síntese, Estrutura e Propriedades”, Química Nova. v. p. The ferromagnetic behaviour of conducting polymers revisited. Journal of Physics: Condensed Matter, IOP Publishing, v. n. p. RÅNBY, B. Conjugated polymers and related materials: the interconnection of chemical and electronic structure. ed. New York: Oxford University Press; 1993. SILVA, R. S. Polímeros: Ciência e Tecnologia; 2005. WEBER, M. J. Selected papers on phosphors, light emitting diodes, and scintillators: applications of photoluminescence, cathodoluminescence, electroluminescence, and radioluminescence: SPIE Optical Engineering Press; 1998.

ZOPPI, R.